GEAFOL-Gießharztransformatoren

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1 1W 1V 1U W V U N 30V~ Si 1U 1V 1W GEAFOL-Gießharztransformatoren Planungshinweise Power Transmission and Distribution

2 Inhalt Eckdaten für die Planung Technische Voraussetzungen 4 Bestimmungen, Vorschriften, Normen 4 Größe und Gewicht 4 Anforderungen an den Aufstellungsort Schutzmaßnahmen für Gewässerschutz nach DIN VDE 01 Schutzmaßnahmen für Brandschutz und Funktionserhalt nach DIN VDE 01 Aufstellung von Transformatoren mit Nennspannung über 1 kv Schutzmaßnahmen für Brandschutz und Funktionserhalt 6 Klassifizierung nach IEC Temperatur der Kühlluft 7 Besondere Aufstellungsbedingungen 7 Mindestabstände 7 Raumgestaltung 8 Berührungsschutz 9 Beispiele für die Ausführung 9 Raumteilung zwischen Trafos 9 Anschlusstechnik Anschluss der Oberspannung Anschluss der Oberspannung mit Steckverbindungen Oberspannungs-Anzapfungen Anschluss der Unterspannung Anschluss der Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen Temperaturüberwachung Temperaturüberwachung 1 Funktion 1 Trafo-Zusatzbelüftung für mehr Leistung Merkmale der Lüfter 13 Wirtschaftlichkeit der Zusatzbelüftung 13 Lüftung des Transformator-Raumes Voraussetzungen 14 Berechnung der Verlustwärme im Raum 1 Berechnung der Wärmeabfuhr 1 Q v1 : Wärmeabführung mit dem natürlichen Luftstrom 1 Berechnungsbeispiel 1 Q v : Wärmeabführung über Wände und Decken 1 Q v3 : Wärmeabführung mit dem erzwungenen Luftstrom 16 Lüftungskanäle 16 Raum-Lüfter 16 Kriterien für die Wahl des Raum-Lüfters 17 Leistung des Raum-Lüfters 17 p R : Druckdifferenz durch Strömung 17 p B : Druckdifferenz durch Beschleunigung 17 Berechnungsbeispiel 17 Geräusche Das Schallempfinden des Ohres 19 Die messtechnische Annäherung an das Ohr 19 Ausbreitung der Geräusche Schall-Leistung Maßnahmen zur Geräuschminderung Luftschall Körperschall 1 Körperschall-lsolierung: Bemessung 1 Körperschall-lsolierung: Berechnungsbeispiel 1 Geräuschstärke im Trafo-Nebenraum: Berechnungsbeispiel EMV von Verteilungstransformatoren 3

3 Überall leicht zu integrieren: GEAFOL für höchste Anforderungen vor Ort Überall dort, wo hohe Lastdichten eine verbrauchernahe Stromversorgung erfordern, sind GEAFOL -Gießharztransformatoren die optimale Lösung. Sie geben Planern die notwendige Freiheit: Weil sich mit ihnen Netzkonzepte wirtschaftlich verwirklichen lassen. Weil sie umweltfreundlich und sicher sind. Und weil sie eine schwerpunktnahe Stromversorgung ermöglichen, ohne besondere Räume oder Vorkehrungen zu beanspruchen. Aspekte, die diese Verteilungstransformatoren besonders geeignet machen für den Einsatz in Gebäuden. Der Vorteil: GEAFOL-Gießharztransformatoren lassen sich überall leicht integrieren direkt vor Ort, ob in Geschäfts- und Wohngebäuden oder in der Fertigung für den Einsatz in der Industrie oder für das Transport- und Verkehrswesen. Vorschriften wie Brand- oder Grundwasserschutz sind mit GEAFOL-Gießharztransformatoren ganz einfach zu erfüllen. So ist diese Technik nicht nur schwer brennbar und selbstverlöschend, feuchte- und tropenfest, sondern auch geräuscharm. Und weil sie viele Auswahlmöglichkeiten bieten, erleichtern sie die Anpassung an die Anlage die Planung wird flexibler. Wie auch Sie Ihre Anlage optimal mit GEAFOL planen diese Broschüre gibt Ihnen wichtige Hinweise. 3 3

4 Eckdaten für die Planung Hier vorab die Eckdaten für die Planung Ihrer GEAFOL-Anlage Technische Voraussetzungen Alle technischen Daten gelten für GEAFOL-Gießharztransformatoren mit folgenden Merkmalen: Einsatz in abgeschlossener Betriebsstätte gemäß DIN VDE 01 bzw. DIN VDE 08 Leistung 0 00 kva Spannung bis U m = 36 kv Die Daten gelten im Wesentlichen auch für Transformatoren über 00 kva für flüssigkeitsgefüllte Transformatoren in den Punkten Schutzmaßnahmen für Gewässerschutz, Brandschutz und Funktionserhalt sowie für Lüftung und Geräusch Bestimmungen, Vorschriften, Normen Unsere GEAFOL-Transformatoren erfüllen alle zu berücksichtigenden nationalen, europäischen und internationalen Normen. Vorschriften IEC DIN VDE 03 Normen DIN 4 3 Trockentransformatoren 0 Hz, 0 00 kva HD 38.1 S1 Beim Errichten und Betreiben von Anlagen sind zu berücksichtigen: DIN VDE 00 für die Errichtung von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 00 V DIN VDE 01 für die Errichtung von Starkstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kv DIN VDE 0 für den Betrieb von Starkstromanlagen DIN VDE 08 für Errichtung und Betrieb von Starkstromanlagen in Bauten mit Menschenansammlungen sowie für die Sicherheitsbeleuchtung in Arbeitsstätten DIN VDE 0141 für die Erdung von Starkstromanlagen mit Nennspannung über 1 kv Elt Bau VO Normen der Bundesländer für die Elektrische Betriebsraumverordnung Arb. Stätt. VO Bestimmungen zur Arbeitsstättenverordnung TA-Lärm Anleitung zum Schutz vor akustischer Belastung Weitere Planungs- und Auslegungshinweise sind enthalten in: VDI 78 für die Berechnung der Kühllast in klimatisierten Räumen AGI J 1 Bauliche Ausführung; Räume für Innenschaltanlagen Arbeitsblatt der Arbeitsgemeinschaft Industriebau e. V. (AGI) Größe und Gewicht Alle planungsrelevanten Daten zu Abmessung und Gewicht bietet unser Katalog GEAFOL-Gießharztransformatoren in der aktuellen Ausführung (Bestell-Nr. E0001-K71-A1-A). Maßgeblich für die konkrete Ausführung der Transformatoren ist das Angebot bzw. die Auftragsdokumentation. 4

5 Anforderungen an den Aufstellungsort GEAFOL-Transformatoren stellen die geringsten Anforderungen an den Aufstellungsort. Dies ergibt sich aus den Vorschriften für Grundwasserschutz, Brandschutz und Funktionserhalt in DIN VDE 01, DIN VDE 08 und der Elt Bau VO. Im Folgenden der Vergleich von Transformatoren verschiedener Ausführungen auf Basis dieser Vorschriften, wie sie 1997 gültig waren. Schutzmaßnahmen für Gewässerschutz nach DIN VDE 01 Trafoausführung Kühlungsart nach EN Allgemein in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten Freiluftanlagen Mineralöl 1 O a Auffangwannen und Sammelgrube b Austritt von Flüssigkeit aus der Sammelgrube muss verhindert werden c Wasserhaushaltgesetz und die landesrechtlichen Verordnungen sind zu beachten als Auffangwannen sind undurchlässige Fußböden mit Schwellen zulässig bei max. 3 Trafos und je Trafo weniger als l Flüssigkeit unter bestimmten Voraussetzungen keine Auffangwannen und Sammelgruben vollständiger Text aus VDE 01, Abschnitt.4.. C, ist unbedingt zu berücksichtigen Trafos mit Silikonöl bzw. synth. Ester Gießharz- Trockentransformatoren K A Wie bei Kühlmittelbezeichnung O Keine Maßnahmen erforderlich 1) bzw. Brennpunkt der Kühl- und Isolierflüssigkeit 300 C ) bzw. Brennpunkt der Kühl- und Isolierflüssigkeit > 300 C Schutzmaßnahmen für Brandschutz und Funktionserhalt nach DIN VDE 01 Kühlmittelbez. Allgemein Freiluftanlagen O K a Räume feuerbeständig F90A getrennt b Türen feuerhemmend T30 c Türen ins Freie schwer entflammbar d Auffangwannen und Sammelgruben so angeordnet, dass Brand nicht weitergeleitet wird, ausgenommen bei Aufstellung in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten mit max. 3 Trafos, je Trafo weniger als l Flüssigkeit e Schnell wirkende Schutzeinrichtungen Wie bei Kühlmittelbez. O a, b und c kann entfallen, wenn e vorhanden a ausreichende Abstände oder b feuerbeständige Trennwände keine Maßnahmen erforderlich A Wie bei Kühlmittelbez. K, jedoch ohne d keine Maßnahmen erforderlich

6 Aufstellung von Transformatoren mit Nennspannung über 1 kv Schutzmaßnahmen für Brandschutz und Funktionserhalt Die Klimaklasse ist somit auch ein Maß für die Rissfestigkeit des Gießharzvergusses. Kühlmittelbez. O K zusätzliche Anforderungen für Anlagen für Menschenansammlungen aus DIN VDE 08 und Elt Bau VO a Aufstellung in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten b Diese dürfen nur im Erdgeschoss und bis 4 m unter der Geländeoberfläche sein c Ausgang nur unmittelbar oder über einen Vorraum ins Freie d Traforaumwände feuerbeständig e Traforaumwände dick wie Brandwände f Türen feuerhemmend, aus nicht brennbaren Baustoffen g Bei Türen ins Freie genügt Ausführung aus nicht brennbaren Baustoffen h Auslaufende Flüssigkeit muss sicher auf gefangen werden i Selbsttätige Schutzeinrichtungen gegen die Auswirkung von Überlastungen sowie von inneren und äußeren Fehlern Wie bei Kühlmittelbez. O, jedoch ohne b, c und e Klassifizierung nach IEC In dieser Vorschrift sind Umgebungs-, Klima- und Brandklassen definiert und dadurch wird den unterschiedlichen Betriebsbedingungen am Aufstellungsort Rechnung getragen. Umgebungsklasse berücksichtigt Luftfeuchte, Feuchteniederschlag und Verschmutzung. Klasse E0: kein Feuchteniederschlag, Verschmutzung vernachlässigbar Klasse E1: gelegentlicher Feuchteniederschlag, Verschmutzung begrenzt möglich Klasse E: häufiger Feuchteniederschlag oder Verschmutzung, auch beides gleichzeitig Klimaklasse berücksichtigt die niedrigste Umgebungstemperatur. Klasse C1: Innenraumaufstellung nicht unter C Klasse C: Freiluftaufstellung bis herab auf C Brandklasse berücksichtigt die möglichen Brandfolgen. Klasse F0: Eine Begrenzung der Brandgefahr ist nicht vorgesehen. Klasse F1: Durch die Eigenschaften des Transformators wird die Brandgefahr begrenzt. Wichtig! Gemäß DIN 4 3 müssen die erforderlichen Klassen durch den Betreiber definiert werden. GEAFOL-Transformatoren erfüllen die höchsten definierten Klassen: Umgebungsklasse E Klimaklasse C Brandklasse F1 Damit sind GEAFOL-Transformatoren: betriebssicher auch bei Feuchteniederschlag und Schmutzbelastung im Schutzgehäuse IP 3 und Sonderanstrich geeignet zur Freiluftaufstellung bei Temperaturen bis C (tiefere Temperaturen auf Anfrage) ein hoher Beitrag zum Brandschutz A Wie bei Kühlmittelbez. K, jedoch ohne h 6

7 Anforderungen an den Aufstellungsort c b a Bild 1: Mindestabstände um GEAFOL-Transformatoren Temperatur der Kühlluft Transformatoren werden entsprechend der einschlägigen Normen für folgende Werte der Kühlluft ausgelegt: maximal 40 C monatlicher Durchschnitt des heißesten Monats 30 C Jahresmittel C Bei Normalbetrieb wird dabei der normale Lebensdauerverbrauch erzielt. Für den Lebensdauerverbrauch sind insbesondere die mittlere Jahrestemperatur sowie die Belastung entscheidend. Davon abweichende Temperaturen der Umgebung verändern die Belastbarkeit der Anlage (Tabelle 1). Besondere Aufstellungsbedingungen Extreme Bedingungen vor Ort sind bei der Anlagen-Planung zu berücksichtigen: Relevant für den Einsatz in tropischem Klima sind Anstrich und vorherrschende Temperaturen Bei Einsatz in über m Höhe ist eine Sonderauslegung betreffend Erwärmung und Isolationspegel notwendig, siehe IEC Bei erhöhter mechanischer Beanspruchung Einsatz in Schiff, Bagger, Erdbebengebiet usw. können konstruktive Zusätze erforderlich sein, z. B. Abstützen des oberen Joches. Mindestabstände Bei besonders beengten Platzverhältnissen wie z. B. in Schutzgehäusen müssen Mindestabstände (Tabelle ) beachtet werden. Damit werden Spannungsüberschläge verhindert. Tabelle 1 Umgebungstemperatur (Jahresmittel) Tabelle Höchstspannung*) der Betriebsmittel U m Belastbarkeit C 14 % C 118 % 0 C 11 % + C 6 % + C 0 % + 30 C 93 % Bemessungs-, Steh-, Blitz-, Stoßspannung*) LI Mindestabstand (siehe Bild 1) Liste 1 Liste a b c kv kv kv mm mm mm **) **) **) **) **) 160 *) siehe DIN EN (VDE 03 T3) **) Abstand b = Abstand a, wenn hier OS-Anzapfungen; sonst: Abstand b = Abstand c. 7

8 Raumgestaltung GEAFOL-Gießharztransformatoren können ohne Zusatzmaßnahmen mit Mittel- und Niederspannungs-Schaltanlagen zusammen in einem Raum untergebracht werden. Damit können bauseits erhebliche Kosten für Transformatorenzellen eingespart werden. Dieser Raum kann im Gegensatz zum Raum mit Öltrafos 4 m unter der Geländeoberfläche oder in Obergeschossen von Gebäuden vorgesehen werden. Bei Anlagen, die in den Geltungsbereich der Elt Bau VO fallen, müssen Türen der Feuerwiderstandsklasse F30A und Wände der Feuerwiderstandsklasse F90A den elektrischen Betriebsraum feuerbeständig abtrennen, Brandwände (4 cm) wie bei Öltrafos sind bei GEAFOL-Transformatoren jedoch nicht erforderlich. Abluft (nat.) Zuluft GEAFOL- Transformator Vollwand* 1U 1V 1W Trafo kva altern. Abluft Schutzleiste Kabelboden Niederspannung *siehe auch Abschnitt Berührungsschutz, S. 9 Tr. 3 Mittelspannung Kabel Kabel Trafo 630 kva Tr. Messung Übergabe 6000 Trafo 3 Bild : Anordnungsbeispiel nach DIN VDE 08. GEAFOL-Transformatoren und Schaltanlagen in elektrischer Betriebsstätte zur Versorgung eines Bürogebäudes Trafo kva Türen, selbstschließend nach außen aufschlagend, Feuerwiderstandsklasse F 30A DIN Tr. 1 Trafo Trafo 1 Feuerwiderstandsklasse F90A DIN 4 8

9 Anforderungen an den Aufstellungsort Vollwand C B C A D Berührungsschutz Die Gießharz-Oberfläche der Trafo-Wicklung ist im Betrieb nicht berührungssicher. Deshalb ist ein Schutz gegen zufälliges Berühren notwendig. Für Berührungssicherheit sorgen verschiedene Maßnahmen bei Aufstellung des Transformators in einer elektrischen Betriebsstätte, z. B. der Einbau von Schutzleiste (Bild 3) oder Gitter (Bild 4). Beispiele für die Ausführung Bild 3 und 4 zeigen Beispiele für die Ausführung des Schutzes gegen zufälliges Berühren. Für die Größen der Abstände A, B und C gilt die Regel: Mindestabstand (Tabelle ) plus 30 mm Sicherheitszuschlag (praxiserprobtes Maß) plus Montageabstand (je nach Platzbedarf). Schutzabstand D (Bild 3) ist gefordert bei Trennung mit Leisten, Ketten oder Seilen, angebaut in einer Höhe von mm. Hier gilt bei U m : 1 kv = 00 mm 4 kv = 00 mm 36 kv = mm Schutzabstand E (Bild 4) ist gefordert bei einer Gitterhöhe von mm. Hier gilt bei U m : 1 kv = 1 mm 4 kv = 31 mm 36 kv = 4 mm Und: max. 40 mm Maschenweite für Gittertüren bzw. Schutzgitter. Schutzabstand D und E gemäß DIN VDE 01. Raumteilung zwischen Trafos Bei Anordnung mehrerer GEAFOL-Trafos in einem Raum (Bilder, 3 und 4) ist eine Raumteilung nicht Vorschrift, sie wird aber in der Regel realisiert: per einfacher, nicht brennbarer Trennwand. Klare Vorteile bringt eine Abtrennung, wenn Trafos unterschiedliche Netze versorgen: Muss ein Trafo freigeschaltet werden, kann der andere in Betrieb bleiben. Bild 3: Beispiel Schutzleiste B E Bild 4: Beispiel Gitter A Vollwand

10 Anschlusstechnik Bedarfsgerechte Optionen für den Anschluss der Ober- und Unterspannung kennzeichnen die variable Anschlusstechnik der GEAFOL-Transformatoren. Anschluss der Oberspannung In der Standardausführung ist der OS-Anschluss des Transformators am oberen Spulenanschluss; der Anschluss unten ist auf Bestellung möglich (Bild ). Die geschraubten Schaltverbindungen stellen die Dreiecksschaltung her. Am Ende der Schaltstangen erfolgt der Trafo-Anschluss wahlweise an einer geraden oder abgewinkelten Anschlussfläche. Anschluss der Oberspannung mit Steckverbindungen Die Ausrüstung mit Außenkonus-Steckdurchführungen für den Oberspannungsanschluss ist möglich (siehe Bild 6). Oberspannungs-Anzapfungen Die OS-Anzapfungen ermöglichen eine Anpassung an die örtlichen Netzverhältnisse. Mit Schaltlaschen und Schraub verbindungen kann die erforderliche Anzapfung eingestellt werden. Anschluss der Unterspannung Auch der US-Anschluss ist in der Standardausführung am Transformator oben angeordnet, der Anschluss unten ist ebenfalls auf Bestellung möglich (Bild 7). Werden vor Ort Dehnungsbänder zwischengeschaltet, wird der US-Anschluss vor mechanischen Spannungen und Körperschallübertragung geschützt. Anschluss der Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen Hierfür können an den Leiteranschlüssen Kugelfestpunkte mm oder mm Durchmesser, gerade oder abgewinkelt, angebracht werden, für die Oberspannung an der Schaltstange, für die Unterspannung an der Leiteranschlussfläche.

11 1U 1V 1W Bild : Variable Anschlussmöglichkeiten, z. B. an einer in Dreieck geschalteten Oberspannung Bild 6: OS-Steckverbindungen Bild 7a und 7b: GEAFOL-Transformatoren mit US-Anschlusstechnik W V U N N W V U Bild 7a: Leiter- und Sternpunkt - anschluss oben Bild 7b: Leiter- und Sternpunktanschluss unten 11

12 Temperaturüberwachung Die Temperaturüberwachung von GEAFOL-Transformatoren kann in der Niederspannungswicklung durch Kaltleitertemperaturfühler (PTC), durch Einsatz von PT 0 oder eines Thermometers mit Kapillarrohr erfolgen. Dabei wird die Temperatur der US-Wicklung kontrolliert, bei Stromrichter-Transformatoren auch die Kerntemperatur. Am kostengünstigsten ist die Überwachung mit Kaltleiterfühlern ohne Anzeige der Temperatur. Jeder GEAFOL-Transformator ist mindestens mit einer Kaltleiter-Fühlerschleife für Auslösung ausgerichtet. Funktion Temperaturüberwachung mit Kaltleiterfühler (PTC) Bei einem Drehstrom-Transformator besteht ein System aus 3 in Reihe geschalteten Kaltleiterfühlern pro Phase ein Fühler und einem Auslösegerät. Die Temperaturfühler arbeiten als Widerstände: Wird die Ansprechtemperatur erreicht, erhöht sich ihr Widerstand sprunghaft und sofort schaltet das Auslösegerät um. Kühlt die Wicklung um ca. 3 K unter Ansprechtemperatur ab, wird die Relaisspule im Auslösegerät voll erregt der Wechselkontakt schaltet zurück. Der Vollschutz arbeitet nach Ruhestromprinzip. Er bietet auch automatisch Schutz gegen Leitungsbruch im Fühlerkreis. Erfolgt die Temperaturüberwachung mit zwei Systemen, so ist das eine auf Warnung, das andere auf Auslösung geschaltet. Die Nennansprechtemperaturen beider Systeme unterscheiden sich um K. Ein drittes System kann z. B. die Lüftersteuerung übernehmen. Wird die Steuerspannung für die Temperaturüberwachung direkt von der Trafo-Sekundärseite entnommen, ist zusätzlich ein Zeitglied notwendig. Dieses Zeitglied überbrückt die Spanne vom Moment der Trafo-Zuschaltung bis zum Anziehen des Relais im Auslösegerät. Die Umgebungstemperatur des Auslösegerätes ist auf C begrenzt. Zweckmäßig ist deshalb der Einbau in die Mitteloder Niederspannungs-Verteilerschränke. Prinzipschaltbild für Temperaturüberwachung 1 Kaltleiter-Temperaturfühler (PTC) 1W 1V 1U Auslösegerät 3 Warnung oder Abschaltung 4 Zeitglied anzugsverzögert Klemmleiste am Trafo 1 4 W V U N 30V~ Si 3 Warnung/Abschaltung Bild 8: Stromversorgung des Auslösegerätes durch ein vom zu schützenden Transformator gespeistes Netz 1

13 Trafo-Zusatzbelüftung für mehr Leistung Durch Anbau von Querstromlüftern wird die Leistung von GEAFOL- Transformatoren bis.00 kva und bei Schutzart IP 00 bis zu 0 % gesteigert. Mit dieser effizienten Beblasung steigt z. B. die Dauerleistung beim Typ kva auf 1.00 kva, ohne dass die zulässigen Wicklungstemperaturen überschritten werden. Die Angabe auf dem Typenschild lautet dann: Bemessungsleistung kva bei Kühlungsart AN und Bemessungsleistung 1.00 kva bei Kühlungsart AF Somit können Leistungsreserven bereitgehalten und länger dauernde Lastspitzen abgedeckt werden. Für die Zusatzbelüftung werden an beiden Längsseiten je oder 3 Lüfter angebracht. Merkmale der Lüfter Einphasen-Wechselstrommotor (Außenläufer IP 00) Berührungsschutz für Motor Schall-Druckpegel in der Regel db (A), damit geräusch bestimmend. Für das temperaturabhängige Einschalten der Lüfter ist ein Steuergerät erforderlich. Das Abschalten erfolgt über ein einstellbares Zeitrelais im Steuergerät. Bei Betrieb mit Lüfter also Kühlungsart AF ist zu berücksichtigen: Platzbedarf der Lüfter, z. B. bei einem kVA-Transformator Länge + ca. 0 mm, Breite + ca. 0 mm Der US-Anschluss muss so ausgeführt werden, dass der Luftstrom an den Spulen nicht beeinträchtigt wird Die größere Verlustleistung des Transformators. Die Kurzschlussverluste steigen quadratisch mit der Belastung. Dies ist relevant für die Auslegung der Raumlüftung (siehe Seite 16) und bezüglich der Betriebskosten Wirtschaftlichkeit der Zusatzbelüftung Die Kosten für Lüfter und Lüftersteuerung sind im Leistungsbereich bis.00 kva nahezu konstant. Bei Leistungen bis 400 kva ist es meistens wirtschaftlicher, eine höhere Trafoleistung anstatt einer Zusatzbelüftung einzusetzen. Dauerbetrieb mit 10 % Nennlast bei Kühlungsart AF ist zulässig, die Kurzschlussverluste betragen jedoch dann das, fache des Wertes bei 0 % Nennlast; beim kVA-Transformator z. B., kw statt kw. Beim Einsatz eines Transformators mit höherer Nennleistung wären zwar die lastabhängigen Verluste geringer, die Leerlaufverluste jedoch höher. Daraus lässt sich ableiten, dass die Ausrüstung mit Zusatzbelüftung weniger bei Dauerbetrieb wirtschaftlich ist, sondern eine günstige Lösung für Reservehaltung und zur Abdeckung von Lastspitzen darstellt. Durch den Einsatz von Lüftern kann sich auch der Wartungsaufwand erhöhen. Bild 9: Anbau von Querstromgebläsen an GEAFOL-Trafos 13

14 Lüftung des Transformator-Raumes Bei jedem Trafo-Betrieb entsteht Verlustwärme. Sie muss aus dem Trafo-Raum abgeführt werden. Vorrangig zu prüfen ist hierbei die Möglichkeit einer natürlichen Be- und Entlüftung. Falls diese nicht ausreichend ist, ist der Einbau einer mechanischen Lüftungsanlage (zwangsläufig) geboten. Hierzu im Folgenden wichtige Hinweise für: Berechnung einfacher Systeme zur natürlichen und erzwungenen Lüftung Diagramme und Beispiele zur Bemessung von Lüftungsanlagen effiziente Musteranlagen zur Lüftung Voraussetzungen Die Umgebungstemperatur der nach VDE ausgelegten Transformatoren darf nicht mehr als + 40 C betragen (siehe dazu Seite 7 mittlere Tagesund Jahrestemperaturen). Auf diesen Maximalwert der Kühlmitteltemperatur, erhöht um die nach IEC /VDE 03 zulässige Wicklungsübertemperatur und den entsprechenden Heißpunktzuschlag, sind die in die Unterspannungswicklungen eingebauten Temperaturfühler abgestimmt. Dabei ist es für die folgenden Betrachtungen unwesentlich, ob die Transformatoren selbstkühlend (Kühlungsart AN) oder mit zur Leistungssteigerung angebauten Lüftern (Kühlungsart AF) betrieben werden. Die Lüftungsanlage muss auf jeden Fall für die maximal auftretende Verlustwärme bemessen werden. Eine gute Kühlwirkung wird erzielt, wenn die Kühlluft im unteren Bereich des Raumes einströmt und an der entgegengesetzten Raumseite unterhalb der Decke ins Freie abgeführt wird. Falls die Zuluft stark verschmutzt ist, muss sie gefiltert werden. Q D K D A D, K D A W ϑ A H V L Q v = Σ P v K W V Q W 1U 1V 1W A 1 ϑ 1 V 1 Q v : abgeführte Verluste insgesamt (kw) P v : Trafo-Verlustleistung (kw) v: Luftgeschwindigkeit (m/s) A 1, : Zu-/Abluftquerschnitt (m ) ϑ L : Lufterwärmung (K), ϑ L = ϑ 1 ϑ H: thermisch wirksame Höhe (m) Bild : Angaben zur Lüftungsberechnung Q W, D : über Wände und Decken abgeführte Verluste (kw) A W, D : Fläche der Wände und Decken K W, D : Wärmedurchgangszahl ( W ) m K Indices: W Wand, D Decke V L : Luftmenge (m 3 /s) 14

15 Berechnung der Verlustwärme im Raum Die Verlustwärme resultiert aus der Verlustleistung des Transformators. Die Verlustleistung eines Trafos ist: P v = P 0 + 1,1 x P K1 x ( S AF S AN ) (kw) Hierbei bezeichnet: P 0 : Leerlaufverluste (kw) 1,1 x P K1 (kw): Kurzschlussverluste bei 1 C (gemäß Listen- oder, falls schon vorhanden, Prüfscheinangabe), hochgerechnet mit Faktor 1,1 auf Arbeitstemperatur der Isolierklassen OS/US = F/F bei GEAFOL-Transformatoren. S AF : Leistung bei Kühlungsart AF (kva) S AN : Leistung bei Kühlungsart AN (kva) Die gesamte Verlustwärme im Raum (Q v ) ist die Summe der Verlustwärme aller Trafos im Raum: Dies bedeutet: Bei ϑ L = 1 K werden pro kw Verlustleistung ca. 0 m 3 /h Luft benötigt (Richtwert). Vom Schnittpunkt der ersten Fluchtlinie mit der Zapfenlinie (rechts der Leiter V L ) ist eine zweite Fluchtlinie zu ziehen nach H =. Sie schneidet die Leiter A 1, bei 0,78 m dem gesuchten Wert für den freien Querschnitt der Zu- und Abluft. Strömungswiderstände für Eintrittsöffnung mit Drahtgitter, mm Maschenweite, und Austrittsöffnung mit feststehender Jalousie sind hier schon eingeordnet, Drahtgitter statt Jalousien auch an der Austrittsöffnung reduzieren den geforderten Querschnitt um %. Gegebenenfalls sind alle querschnittsverengenden Teile durch Vergrößerung des Querschnitts gesondert zu berücksichtigen. Tabelle 3: Einige Beispiele Material Dicke cm Leichtboden 30 Wärmedurchgangszahl K* W/m K 1,7 1,0 0,7 Q v = P v Berechnung der Wärmeabfuhr Für die Abführung der gesamten Verlustwärme im Raum (Q v ) stehen folgende Wege zur Verfügung: Q v1 : Abführung mit dem natürlichen Luftstrom Q v : Abführung über Wände und Decken Q v3 : Abführung mit dem erzwungenen Luftstrom Q v = P v = Q v1 + Q v + Q v3 Q v : Wärmeabführung über Wände und Decken Für den Teil der Verlustwärme, den Wände und Decken abführen, gilt: Q v = (0,7 x A w x K w x ϑ w + A D x K D x ϑ D ) x 3 (kw) Hierbei bezeichnet: K W, D = Wärmedurchgangszahl A W, D = Fläche der Wände und Decken ϑ W, D = Temperaturdifferenz innen/außen (sonst siehe auch Bild ). Backstein 30 Beton 30 3,1, 1,7 4,1 3,4,8 Metall 6, Glas 1,4 *) K erfasst Wärmedurchgang und Wärmeübergang an den Oberflächen Q v1 : Wärmeabführung mit dem natürlichen Luftstrom Für den Teil der Verlustwärme, den der natürliche Luftstrom abführt, gilt: Q v1 = 0,1 x A 1, x H x ϑ L 3 (kw) Zu Bezeichnungen siehe Text Bild : Für die grafische Lösung kann das Nomogramm Bild 11 verwendet werden. Hier ein Berechnungsbeispiel zum natürlichen Luftstrom. Gegeben sind: Q v1 = P v = kw H = m; ϑ L = ϑ ϑ 1 = 1 K (Praxis-Wert) Gesucht sind: Menge der Zu- und Abluft V L Zu- und Abluftquerschnitt A 1, (Q v wird hier vernachlässigt) Lösung mit Nomogramm (Bild 11): Von Q v1 = kw ist eine erste Fluchtlinie zu ziehen nach ϑ L = 1 K. Sie schneidet die Leiter V L bei 0,8 m 3 /s dem gesuchten Wert der Luftmenge. Q V1 (kw) VL (m 3 /s) A 1, (m ) H (m) Δϑ L = ϑ ϑ 1 (K) , 1 0,8 0,7 0,6 0, 0,4 0,3 0, 0,1 0, , 0,4 1 0,3 0, 0, Bild 11: Nomogramm zur natürlichen Belüftung des Raumes 1, 1 1

16 Q v3 : Wärmeabführung mit dem erzwungenen Luftstrom Der Teil der Verlustwärme Q v3, den der erzwungene Luftstrom abführt, ist in der Regel viel größer als die Anteile Q v1 und Q v. In der Praxis heißt das für die Berechnung der Zwangslüftung: Man setzt Q v3 = P v. Demnach kann die Zwangslüftung allein die Gesamtlüftung leisten und Q v1 und Q v stellen Sicherheitsreserven dar. Für die durch erzwungenen Luftstrom abgeführte Wärme gilt: Q v3 = V L x C PL x ρ L x ϑ L (kw) Hierbei bezeichnet: V L = Luftmenge (m 3 /s) C PL = Wärmekapazität der Luft: = 1,01 kws kg x K ρ L = spezifische Dichte der Luft bei C = 1,18 kg/m 3 ϑ L = Lufterwärmung (K) = ϑ ϑ 1 Das Nomogramm in Bild 13 setzt diese Formel um. So lässt sich z. B. für eine Luftgeschwindigkeit im Lüftungskanal von m/s und für unterschiedliche Temperaturdifferenzen ϑ L Folgendes bestimmen: Menge der abzuführenden Luft Fläche des Kanals Fläche für Ansaugen/Ausblasen der Luft (ca. 4 x Kanalfläche). Dabei gilt für das Verhältnis von Luftmenge V L, Luftgeschwindigkeit v und Durchschnittsquerschnitt A: V L = v x A In Transformatorenräumen kann eine Luftgesch windigkeit von 0,6 bis 0,7 m/s zugelassen werden. Ist der Raum nicht begehbar, kann diese Luftgeschwindigkeit noch höher gewählt werden. Verluste Q V3 (kw) ϑ L (K) V 0, 7, 1, 1 17,, 7, 30 3, 3 37, 40 x 3 L Luftmenge (m 3 /h) A K 0 Kanalfläche (m ) A 1, 0,1 0, 0,3 0,4 0, 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 0 0, 1 1,, 3 3, 4 4, Ansaugfläche (m ) Ausblasfläche (m ) Bild 13: Nomogramm zur Zwangsbelüftung des Raumes bei V Kanal = m/s Lüftungskanäle Für die Lüftungskanäle soll verzinktes Stahlblech oder Kunststoff (kein PVC) verwendet werden. Ihr Querschnitt kann rechteckig oder rund sein. Der Einbau einer Feuerschutzklappe im Kanal ist gefordert, wenn er durch eine Brandschutzwand führt. Die Gitter am Zu- und Abluftkanal sollen Tiere und Gegenstände fernhalten. Zu beachten: Der errechnete Zu-/Abluft- Querschnitt der Luftgitter ist mit dem Faktor 1,7 zu multipluzieren, weil der effektive Durchlassquerschnitt der Gitter nur ca. 60 % beträgt. Verstellbare Luftgitter erlauben eine exaktere Einstellung auf die benötigte Menge der Zuluft. Raum-Lüfter Für die Raum-Lüftung können Kasten-, Radial- oder Axiallüfter verwendet werden. Sie werden von verschiedenen Herstellern angeboten. Besonders wichtig für die Wahl des Raum-Lüfters ist die geforderte Gesamtdruckdifferenz (N/m ). Zur Errechnung siehe Abschnitt Leistung des Raum-Lüfters. Um Arbeitsgeräusche des Raum-Lüfters zu senken, kann eine Schalldämpfung notwendig sein. Schalldämpfer werden direkt in die Lüftungskanäle eingebaut. Zu beachten: Spezielle Verhältnisse vor Ort können den normalen Geräuschpegel erhöhen. Und: Sind mehrere Raum-Lüfter in Betrieb, so addieren sich die Geräusche (siehe hierzu Seite 19, Geräusche ). 16

17 Lüftung des Transformator-Raumes r=d r=d r=d 00 AK 4 x 00 kva A 00 r=d Q V3 Bild 1: Skizze zum Berechnungsbeispiel für Zwangsbelüftung A 1 Kriterien für die Wahl des Raum-Lüfters Bei der Wahl des Raum-Lüfters sollte nach folgenden Kriterien geprüft werden: Luft-Fördermenge (m 3 /h) in Relation zum Druck (N/m ) Drehzahl im Betrieb (um Geräusche niedrig zu halten: max min 1 ) Betriebsspannung V Nennleistung kw Frequenz Hz Schall-Druckpegel db (A) Leistung des Raum-Lüfters Für die Antriebsleistung P des Raum-Lüfters gilt: P = p x V L 3,6 x 6 x η (kw) Hierbei bezeichnet: p = Gesamtdruckdifferenz bei strömender Luft (N/m ): p = p R + p B V L = Luftmenge (m 3 /h) η = Wirkungsgrad des Lüfters (0,7 0,9) p R : Druckdifferenz durch Strömung Die Druckdifferenz p R entsteht durch Rohrreibungswiderstand p R im geraden Rohr = Rohrlänge L x spezifischer Rohrreibungswiderstand p RO Einzelwiderstände, verursacht durch Umlenken, Abzweige, Gitter, Querschnittsänderungen Anhaltswerte für den Druckverlust durch p R sind: Tabelle 4 Wandeinbau inkl. Jalousien ca N/m Jalousien ca. 0 N/m Gitterroste ca. N/m Schalldämpfer ca. 0 0 N/m Bei Freies Absaugen/Freies Einblasen sind Mittelwerte zu wählen. p B : Druckdifferenz durch Beschleunigung Für die Druckdifferenz durch Beschleunigung p B (N/m ) gilt: p B = 0,61 x v K (N/m ) Hierbei bezeichnet: v K = Luftgeschwindigkeit (m/s) im Kanal V L = Luftmenge (m 3 /h) A K = Kanalfläche (m ) wobei: v K = V L 3600 x A K Hier ein Berechnungsbeispiel zum er zwungenen Luftstrom siehe dazu Bild 1 und 13. Gegeben sind: 4 GEAFOL-Trafos, Leistung je kva Verlustwärme insgesamt Q v3 = P v = 4 x 1,9 kw = 1,6 kw (für Reserve-Sicherheit vernachlässigt: Q v1 und Q v ) 40 C max. Kühlluft-Temperatur gemäß IEC /VDE 03 (in heißen Ländern mit ϑ 1 > 40 C sind spezielle Maßnahmen erforderlich: Vorkühlung der Luft, Reduzierung der Trafo-Leistung oder Trafo-Auslegung für hohe Temperaturen) Temperaturdifferenz ϑ L = 16 K Daraus ergibt sich mit Hilfe des Nomogramms (Bild 13): Menge der Kühlluft:.000 m 3 /h Querschnittsfläche des Luftkanals: 0,8 m Luftansaug-Querschnittsfläche: 1,1 m Bild 1 zeigt ein Lüftungs-System mit folgenden Komponenten: 1 Abluftventilator (Raum-Lüfter) 1 Jalousieklappe 4 Bogen 90, r = D 8 m verzinkter Blechkanal, gerade Querschnitt: 0,7 x 0,4 m 1 Abluftgitter freie Ausblasfläche: ca. 1,1 m 1 Zuluftgitter freie Ansaugfläche: ca. 1,1 m Für die Gesamtdruckdifferenz des Ventilators gilt: Druckverlust durch Strömung plus Druckverlust durch Beschleunigung: p = p R + p B Bestimmung der Komponenten: p R : Druckdifferenz durch Strömung Die Druckdifferenz durch Strömung ist die Summe der Verluste aus: 1. Widerstand durch Rohrreibung. Widerstände durch Einzel-Komponenten 17

18 Lüftung des Transformator-Raumes Bild 14: Nomogramm zur Ermittlung der Druck differenz von Lüftungskanälen hier für Luftdichte 1,18 kg/m 3 und C. Zur Skalen-Bezeichnung siehe Seite 16. V L (m 3 /h) (m 3 /s) r=d r=0 0, , 1 0,8 0,6 0, 0,4 0,3 0, 0,1 V Kanal P RO (m 3 /s) (Pa m) , 0, , 0, 0,1 A K (m ) 0,008 0,01 0,01 0,0 0,03 0,04 0,0 0,08 0,1 0,1 0, 0,3 0,4 0, ,1 0, 0, Pa 1 1, P R v Kanal P R Pa D (mm) (m/s) 1. Druckverlust durch Rohrreibung Der Druckverlust je Kanal-Meter ist im Nomogramm (Bild 14) auf der Leiter p R0 ablesbar: als Schnittpunkt jener Geraden, auf der die schon ermittelten Werte für V L und A K bzw. D liegen. A K gilt hierbei für rechteckige, D für runde Kanal-Querschnitte. In unserem Beispiel Verbindungsgerade Bild 14 ergibt sich als spezifischer Rohrreibungs-Widerstand pro Kanal-Meter p R0 = 1, N m x m Bei insgesamt 8 m Kanallänge L gilt: p R = p R0 x L = 1, x 8 = 1 Pa. Druckverlust durch Einzel-Komponenten Die Werte für den Druckverlust durch Einzel-Komponenten ergeben sich aus Bild 14 und Tabelle 4. In unserem Beispiel: 4 Bogen 90, r = D, v K = m/s mit je 1,0 Pa 48 Pa 1 Zuluftgitter Pa 1 Abluftgitter Pa 1 Jalousie (Ausblasen) 0 Pa p R = 138 Pa Druckdifferenz durch Strömung insgesamt Die Druckdifferenz durch Strömung insgesamt ist damit p R = Summe der Reibungsverluste = = 10 Pa p B : Druckdifferenz durch Beschleunigung Für p B (Pa) gilt: p B = 0,61 x v K (v K in m/s) In unserem Beispiel v K = m/s ergibt sich als Druckdifferenz durch Beschleunigung: p B = 0,61 x = 61 Pa Ergebnis: Gesamtdruckdifferenz des Lüfters Damit ergibt sich für die Gesamtdruckdifferenz des Lüfters (Ventilator) in unserem Beispiel: p = p R + p B = = 11 Pa Geeignet für die Lüftung ist somit ein Ventilator mit einer Luft-Förderung von.000 m 3 /h und einer Gesamtdruck- differenz von 11 Pa. Werden dem Hersteller die Werte zu Luft-Förderung und Gesamtdruckdifferenz genannt, so erübrigt sich zumeist eine Extra-Berechnung der Antriebsleistung. 18

19 Geräusche Gießharztransformatoren GEAFOL haben aufgrund ihres besonderen konstruktiven Aufbaus ein Geräuschniveau, das dem von Öl-Transformatoren annähernd gleich ist. Die Geräuschwerte sind in dem Katalog GEAFOL-Gießharztransfor matoren 0 bis kva, Bestell-Nr. E0001-K71-A1-A, angegeben. Diese Werte erfüllen die Forderungen der Norm. Die Geräusche entstehen durch Magnetostriktion der Kernbleche. Sie sind bei Verteilungstransformatoren abhängig von der Induktion, aber nicht von der Belastung. Oberschwingungen in der Spannung, z. B. durch Stromrichterbetrieb, erhöht das Geräusch. Das Schallempfinden des Ohres Unter dem hier interessierenden Schall verstehen wir Druckschwingungen des elastischen Mediums Luft im Hörbereich. Die Frequenz dieser Druckschwingungen empfindet das Ohr als Tonhöhe, die Druck amplitude als Lautstärke. Während die Amplitude des Schallwechseldruckes p und die Frequenz als physikalische Größe messtechnisch exakt erfasst werden können, ist die subjektive Empfindung des Ohres für Lärm einer direkten Messung nicht ohne weiteres zugänglich. Schwingungen mit Frequenzen unter 16 Hz und über 16 khz werden vom Ohr nicht mehr als Schall wahrgenommen. Die Aufnahmefähigkeit für den Schalldruck reicht von x 4 µbar der Hörschwelle bis an die bei x 3 µbar liegende Schmerzschwelle. Schalldruckpegel bezogen auf µn/m (= x -4 µbar) db 140 µbar 140 x x x A-Bewertung 40 x -1 x - 0 Hörschwelle phon x -3 x -4 31, Hz khz Frequenz Dieser große Druckbereich wird logarithmisch unterteilt. Eine Steigerung der Schall-Leistung P um das fache des Bezugswertes wird 1 Bel = Dezibel (db) genannt (Die Schall-Leistung ist dem Quadrat des Schalldruckes p proportional). Damit erhält man für den Schallpegel L folgende Beziehungen: L = lg P P 0 = lg p p 0 (db) Da Schallmessungen auf der Messung des Schall druckes beruhen, ist Gleichung (1) die am häufigsten verwendete Beziehung. Der Schalldruck an der Hörschwelle von etwa x 4 bar ist dabei der Bezugswert p 0. (1) L = lg p p 0 (db) Schalldruck Bild 1: Hörschwelle und Kurven gleicher Laut stärkepegel für Sinustöne im freien Schallfeld bei zweiohrigem Hören In dem durch Frequenz und Schalldruck gegebenen Empfindungsbereich des Ohres, der Hörfläche (siehe Bild 1), werden jedoch Schalleindrücke mit gleichem Schalldruck p, aber unterschiedlicher Frequenz nicht gleich laut empfunden. Die Hörfläche ist deshalb unterteilt durch Kurven gleicher Lautstärke. Die messtechnische Annäherung an das Ohr Die Beurteilung eines Geräusches durch Messung des Schallpegels hat der frequenzabhängigen Ohrempfindung Rechnung zu tragen. Es müssen bei der Messung, entsprechend dem Verlauf der Kurven gleicher Lautstärke, tiefe und hohe Frequenzen im Geräuschspektrum stärker als mittlere bewertet (ausgefiltert) werden. Die Bewertungskurve A (siehe Bild 1) stellt im Frequenzbereich bis 00 Hz eine Näherung für die Kurve gleicher Lautstärke dar. 19

20 Ausbreitung der Geräusche Betriebsgeräusche des Trafos breiten sich vor Ort als Luft- und Körperschall aus. Zur Geräuschminderung sind für jede Form des Schalls andere Mittel anzuwenden. Hauptziel der Geräuschminderung: Einhaltung der erlaubten Werte an der Grundstücks- oder Anliegergrenze. Schall-Leistung Die Schall-Leistung ist ein Maß für die Lärmmenge, die von einer Schallquelle erzeugt wird. Sie charakterisiert das Geräusch der Quelle und ist im Unterschied zum Schall-Druckpegel unabhängig vom Messort oder der Akustik in der Umgebung. Die Bestimmung der Schall-Leistung L WA ist in IEC bzw. EN (VDE 03 T76-) angegeben. Schall-Leistungswerte sind Maximalwerte ohne Toleranz. Die Schall-Leistung ist wie folgt bestimmt: Ermittlung des Schall-Druckpegels L pa auf einer definierten Hüllfläche rund um den Trafo addiert mit dem Logarithmus der Hüllfläche S. Als Formel: L WA = L pa + L S Hierbei bezeichnet: das Hüllflächenmaß L S = x lg S S 0 (siehe Tabelle ) S 0 = 1 m Abhängigkeit des Schalldrucks vom Abstand L pa = im Abstand R 30 m mess- und hörbarer Schall-Druckpegel hierfür gilt nach obiger Formel: L pa = L WA L SR wobei L SR = lg πr S 0 Das Diagramm in Bild 17 zeigt das Abstandsmaß L SR als Funktion des Abstandes R. Damit lässt sich leicht bestimmen, wie hoch der Schall-Druckpegel L pa eines Trafos in bestimmten Abständen ist (siehe hierzu auch DIN EN 601). Ein Beispiel: L WA = 70 db und R = 3 m. Dazu direkt im Diagramm ablesbar. L SR = 39 db; Somit beträgt der Schall-Druckpegel bei freier Schallausbreitung: L pa = 70 db 39 db = 31 db. Maßnahmen zur Geräuschminderung Luftschall Die Wände und Decke im Trafo-Raum bewirken durch Reflexion eine Zunahme des Luftschalls. Relevant für das Maß der Schall-Reflexion sind: A R = Gesamtoberfläche des Raumes A T = Trafo-Oberfläche α = Schall-Schluckgrad der Wände und Decken Bild 18 zeigt, wie diese Faktoren die Geräuschentwicklung bestimmen. Im Folgenden einige Beispiele des Schall- Schluckgrades α für unterschiedliches Baumaterial hier bei 1 Hz. Tabelle : Trafo-Oberfläche -AT (ca.-angabe) mit dem entsprechenden Hüllflächenmaß LS S r (kva) A T (m ) L S 0,3 m (db) Tabelle 6 3,8 4,4 4,7, 6,4 8,4 14 Baumaterial für Trafo-Raum 6 6, 7 7, , Schall- Schluckgrad α Ziegelmauer roh 0,04 Ziegelmauer verputzt 0,04 Beton 0,01 Glasfaserplatten 3 cm, auf harter Rückwand Schlackenwolle 4 cm, mit glatter Pappe abgedeckt 0, 0,74 So kann der Anstieg der Betriebs-Geräusche durch Reflexion mit Auskleiden des Trafo- Raums reduziert werden sehr stark z. B. bei Verwendung von Schlackenwolle. Bild 18 macht dies deutlich. Der Schall-Druck pegel im Raum wird nach außen durch die Wände gedämmt. Beispiele für die Dämmwirkung: Ziegelwand, 1 cm Dicke = 3 db (A) Dämmung Ziegelwand, 4 cm Dicke = 39 db (A) Dämmung Zu berücksichtigen ist hierbei die Dämmwirkung von Türen und Lüftungskanälen zumeist reduzieren sie die Raumdämmung. Außerhalb des Trafo-Raums nimmt der Schall-Druckpegel mit der Entfernung kontinuierlich ab (siehe Bild 19). db 1 Zunahme des Pegels Anzahl der Schallquellen gleichen Pegels Bild 16: Zunahme des Geräuschpegels bei mehreren Schallquellen mit gleichem Pegel db 6 Abstandsmaß L SR db 30 L =0,01 0,0 0,0 0, m Abstand R Bild 17: Abstandsmaß L SR als Funktion des Abstandes R 0, 0,4 0, A R /A T Bild 18: Zunahme der Betriebs ge räusche im Trafo-Raum durch Reflexion db Pegelabnahme Entfernung m Bild 19: Abnahme des Schall-Druckpegels mit der Entfernung vom Trafo-Raum

21 Geräusche Bild : Trafolager zur körperschallisolierenden Aufstellung von Transformatoren Körperschall Trafo-Geräusche übertragen sich auch über die Kontaktfläche des Trafos zum Boden auf Wände und andere Teile des Trafo-Raums. Körperschall-Isolierung des Trafos reduziert oder unterbindet diesen Weg der Schall-Übertragung. Die Stärke des primären Betriebs-Geräusches kann damit nicht vermindert werden. Aber: Körperschall-Isolierung optimiert die Raum-Dämmung. Verzichtbar wird so in vielen Fällen eine schallschluckende Verkleidung der Wände, z. B. mit Schlackenwolle. Für die Körperschall-Isolierung der GEAFOL-Trafos sorgen Metallgummischienen und spezielle Trafo-Lager (siehe Bild ). Und: Auch für den Schienenanschluss der Niederspannungs-Schaltanlagen stehen elastische Zwischenstücke zur Verfügung für konsequente Körperschall-Isolierung im gesamten Trafo-Raum. Körperschall-Isolierung: Bemessung Kleine Eigenfrequenz des Schwingungssystems Trafo-Isolierkomponenten im Verhältnis zur erregenden Frequenz dies ist wichtig für die Bemessung der Körperschall-Isolierung. In der Praxis vielfach bewährt: Isolierkomponenten, die bei der Trafo-Gewichtskraft F eine elastische Stauchung s von mindestens, mm erfahren. Zu beachten ist die maximale zulässige Belastung der Isolierkomponente: die Federkonstante C D (N/cm). Sie wird wie folgt berechnet: C D = F s Körperschall-Isolierung: Berechnungsbeispiel Hier ein Beispiel zur Berechnung der Körperschall-Isolierung: Dabei sind gegeben: 1 GEAFOL-Gießharztransformator mit 00 kva Leistung Trafo-Masse:.630 kg 4 Auflagepunkte für die Isolierung Standort: Kellergeschoss d. h. auf massivem Fundament; Stauchung damit: s = 0, cm g = Erdfallbeschleunigung = 9,81 m S Lösung: Die Kraft (F) je Auflagepunkt beträgt: F = Trafo-Masse x g Zahl der Auflagepunkte hier also F =.630 x 4 = ca. 6.7 N Für die Federkonstante ergibt sich somit: C D = F s = 6.7 = N/cm 0, Für die Bestellung empfiehlt sich damit: Wahl von 4 Komponenten mit Federkonstante N/cm und 8.00 N zulässiger statischer Dauerbelastung. Besonderheit: Steht der Trafo im Obergeschoss eines Gebäudes, so muss mit erhöhter Schwingung des Fundaments gerechnet werden. Hier empfiehlt sich die Wahl einer elastischen Stauchung s bis 0, cm. 1

22 Geräusche A Raummaße: 8000 x 000 x 4000 Bild 1: Skizze zum Berechnungsbeispiel x 630 kva Geräuschstärke im Trafo-Nebenraum: Berechnungsbeispiel Hier ein Beispiel zur überschlägigen Berechnung der Geräuschstärke, die sich in einem Raum A neben dem Trafo-Raum ergibt (siehe Bild 1). Dabei sind gegeben: GEAFOL-Gießharztransformatoren mit je 630 kva Leistung Körperschall-Isolierung ist realisiert Luftschall-Übertragung nach A nur via Fußboden Trafo-Raum-Innenfläche A R = 184 m ; Nebenraum A gleich groß Oberfläche eines Trafos A T = 6,4 m Fußbodenfläche des Raums A F = 40 m ; Wände aus Beton, 4 cm dick Lösung: Schall-Leistung des Trafos gemäß Liste oder Diagramm (Bild 1): L WA = 70 db Für den Schalldruck im Trafo-Nahbereich ( 1 m) gilt: L pa = L WA L S 0,3 m db; db ist dabei die Abnahme des Geräuschpegels für die Vergrößerung von L S = 0,3 m auf 1 m; wobei: L S 0,3 m lg A T 1 m = lg 6,4 = 8 db So ergibt sich für den Schalldruck: L pa = 70 8 = 7 db (A) für die Geräuscherhöhung durch Reflexion gilt: A R A T = 184 m 6,4 m = 9 Bei Schall-Schluckgrad α = 0,01 (Betonwände), ergibt sich nach Diagramm (Bild 18): L = + 1 db (A) plus nach Diagramm (Bild 16): Zuwachs bei Trafos ( Schallquellen) = + 3 db (A) Dies ergibt: 7 db (A) + 1 db (A) + 3 db (A) = 7 db (A) minus Dämmung durch Betondecke (4 cm) = 39 db Somit ist der nach Raum A übertragene Schall-Druckpegel = 33 db (A). Hinzu kommt: Erhöhung des Schall-Druckpegels im Nebenraum (gleiche Raumgröße) durch Reflexion: A R 184 m = = 4,6 A F 40 m Bei Schall-Schluckgrad α = 0,6 im Nebenraum (geschätzt bei Teppichen, Vorhängen usw.) ergibt sich nach Diagramm (Bild 18): L = + 3 db (A) Ergebnis: Der Schall-Druckpegel in Raum A beträgt insgesamt: = 36 db (A).

23 EMV von Verteilungstransformatoren Beim Betrieb von Transformatoren treten elektrische und magnetische Felder auf. Das elektrische Feld von Öl- und GEAFOL-Transformatoren sowie deren Anschlüsse wird außerhalb der Trafozelle oder der Kapselung des Transformators kaum wirksam. Kessel und Abdeckhauben des Öltransformators und Schutz gehäuse der GEAFOL-Transformatoren wirken als Faradayscher Käfig. Dies gilt auch weitgehend für Decken und Wände der Trafozellen, sofern diese nicht aus elektrischem Isoliermaterial bestehen. Anlass zu Störungen können die magnetischen Felder geben. Das Streufeld eines GEAFOL-Transformators der Bemessungsleistung 630 kva und der Kurzschlussspannung 6 % beträgt bei Nennlast in 3 m Abstand zum Transformator ca. µt, bei einem Öltransformator mit gleichen Daten ca. 3 µt. Im Bereich von a = 1 bis m kann für GEAFOL-Transformatoren der Richtwert für das magnetische Feld bei geänderter Leistung und Kurzschlussspannung aus folgender Formel abgeleitet werden: B = µt u Z 6 % Sn 630 kva (3m a ),8 Bei Öltransformatoren beträgt der Ausgangswert ca. 3 µt. Die 6. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über elektromagnetische Felder 6. BimSchV) vom 16. Dezember 1996 lässt am Einwirkungsort bei 0-Hz-Feldern eine max. elektrische Feldstärke von kv/m und eine max. magnetische Flussdichte von 0 µt zu. Einwirkungsort ist der Ort mit der stärksten Exposition, an dem mit einem nicht nur vorübergehenden Aufenthalt von Menschen gerechnet werden muss. Elektrische Felder außerhalb der Trafozelle bzw. der Kapselung und magnetische Felder im Abstand über 3 m erreichen bei Verteilungstransformatoren die zulässigen Grenzwerte bei weitem nicht. Störungen am Bildschirm können ab ca. 1 µt auftreten. Ausführliche Angaben sind in der Druckschrift Verteilungstransformatoren und EMV (Bestell-Nr. E0001-U4-A14) enthalten. CE-Kennzeichnung Transformatoren sind gemäß IEC als passive Elemente zu betrachten. Eine CE-Kennzeichnung ist gemäß COTREL-Vorgabe nicht zulässig. 3

24 Siemens AG Power Transmission and Distribution Transformers Division Transformatorenwerk Kirchheim Hegelstraße 7330 Kirchheim/Teck Deutschland Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Siemens Transzformátor Kft. 114 Budapest II. Rákóczi Ferenc u.189. Hungary Tel. +36 (1) Fax +36 (1) Fragen zur Energieübertragung und -verteilung: Unser Customer Support Center erreichen Sie rund um die Uhr. Bestell-Nr. E0001-U413-A47-V Printed in Germany Dispo-Stelle 191 TH WS Tel.: / Fax: / (Gebührenpflichtig, z. B.: 1 ct/min.) support.energy@siemens.com Die Informationen in diesem Dokument enthalten allgemeine Beschreibungen der technischen Möglich keiten, welche im Einzelfall nicht immer vorliegen müssen. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind daher im Einzelfall bei Vertrags schluss festzulegen.